專利名稱：一種受電弓滑板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新材料領(lǐng)域，特別是涉及一種適于鐵路電力機(jī)車應(yīng)用的具有層狀結(jié)構(gòu)特征的碳纖維復(fù)合材料受電弓滑板及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前的電力機(jī)車受電弓滑板主要有粉末冶金滑板、普通碳滑板和浸漬金屬碳滑板。粉末冶金滑板主要以銅粉或鐵粉為基體原料，并加其他金屬粉末和非金屬粉末壓制燒結(jié)而成，它具有機(jī)械強(qiáng)度高、抗沖擊等優(yōu)點(diǎn)，但是它對(duì)銅接觸網(wǎng)導(dǎo)線的磨損非常嚴(yán)重，而且在使用中易發(fā)生電弧，不但增大了機(jī)械磨損和電弧磨損，還干擾了無線電信號(hào)。普通碳滑板的潤(rùn)滑性能、減磨性能以及耐電弧性能都比較好，重量輕、噪音小，在使用過程中，會(huì)在接觸網(wǎng)導(dǎo)線上形成一層薄膜，大大改善了對(duì)接觸網(wǎng)導(dǎo)線的磨損，同時(shí)，他還具有良好的接觸穩(wěn)定性，對(duì)無線電信號(hào)干擾小。但是，碳滑板機(jī)械強(qiáng)度低、脆性大、易掉塊和斷裂，不僅使用壽命低，而且容易引發(fā)弓網(wǎng)事故。浸漬金屬碳滑板是在高溫高壓下將普通碳滑板浸漬液體金屬，使碳基體中形成細(xì)密的金屬網(wǎng)，從而保證該材料具有比普通碳滑板高的強(qiáng)度和良好的導(dǎo)電性，但該滑板制備工藝復(fù)雜，成本高，性能穩(wěn)定性較差，而且對(duì)銅接觸導(dǎo)線的磨損較嚴(yán)重。公開號(hào)為CN1178745A的中國(guó)專利公開了一種用短碳纖維作增強(qiáng)劑制備的碳-碳復(fù)合材料受電弓滑板，雖然解決了滑板對(duì)銅導(dǎo)線磨損嚴(yán)重的問題，但抗沖擊和抗折強(qiáng)度仍較低。公開號(hào)為CN1265429A的中國(guó)專利公開了用長(zhǎng)碳纖維作增強(qiáng)劑制備了碳銅復(fù)合材料受電弓滑板，抗沖擊性能有一定程度的改善，但其電阻率仍偏高，不能滿足現(xiàn)代電力機(jī)車對(duì)滑板的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型的碳纖維復(fù)合材料受電弓滑板及其制備方法。該滑板兼有粉末冶金滑板高力學(xué)性能和碳滑板優(yōu)良的潤(rùn)滑特性以及銅基材料良好的導(dǎo)電性等優(yōu)點(diǎn)，從而滿足現(xiàn)代高速鐵路電力機(jī)車受電弓滑板的要求。
本發(fā)明通過以下方式實(shí)現(xiàn)一種受電弓滑板，其特征是以銅網(wǎng)和碳纖維復(fù)合材料為基材并使之相互層間分布，所使用的銅網(wǎng)用量為滑板總質(zhì)量的10～60％，保證了滑板具有良好的導(dǎo)電性能，構(gòu)成銅網(wǎng)的銅纖維直徑0.05～3mm，銅網(wǎng)孔直徑0.1～10mm。
上述的受電弓滑板，其特征是碳纖維復(fù)合材料是以酚醛樹脂為基體，碳纖維為增強(qiáng)劑，橡膠、石墨、銅粉、金屬纖維、礦物纖維中的至少兩種為添加劑。酚醛樹脂含量為15～40％，它可將各種組分有效的粘結(jié)在一起。碳纖維作為增強(qiáng)劑起著提高力學(xué)性能和耐磨性能等作用，其含量為2～30％，長(zhǎng)度小于30mm；余為添加劑.
上述受電弓滑板，其特征是在碳纖維復(fù)合材料中，各種添加劑所占質(zhì)量百分比為橡膠含量為1～10％，橡膠填料起著吸收機(jī)械能和提高抗沖擊性能的作用；石墨含量為1～10％，起著減小滑板和接觸導(dǎo)線磨損的作用；銅粉含量為1～10％，起著一定的導(dǎo)熱和導(dǎo)電作用，保證碳纖維復(fù)合材料與銅網(wǎng)構(gòu)成的滑板成為一良好的導(dǎo)體；金屬纖維和礦物纖維含量為2～20％，起著提高抗沖擊和抗折斷性能的作用。
上述的受電弓滑板的制備方法，其特征是采用濕態(tài)混合或干態(tài)混合的方法，將碳纖維復(fù)合材料原料充分進(jìn)行混合，然后將銅網(wǎng)與碳纖維復(fù)合材料原料層間分布裝入專用模具中達(dá)10～50層，進(jìn)行熱壓成型，熱壓壓力不小于30MPa，保持時(shí)間不小于300秒，熱壓溫度不小于130℃。成型過程中，碳纖維復(fù)合材料充滿銅網(wǎng)孔隙，成型后得到的具有層狀結(jié)構(gòu)的碳纖維復(fù)合材料受電弓滑板保證了銅網(wǎng)與碳纖維復(fù)合材料成為結(jié)合良好的整體。
上述的受電弓滑板的制備方法，其特征是對(duì)熱壓成型制得的受電弓滑板進(jìn)行熱處理，熱處理溫度不低于100℃，熱處理時(shí)間不小于30分鐘。
本發(fā)明制造的碳纖維復(fù)合材料受電弓滑板兼有粉末冶金滑板高力學(xué)性能和碳滑板優(yōu)良的潤(rùn)滑特性以及銅基材料良好的導(dǎo)電性等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代鐵路電力機(jī)車所需用的理想受電弓滑板。
具體實(shí)施例方式下面給出本發(fā)明的兩個(gè)最佳實(shí)施例。
實(shí)施例1碳纖維復(fù)合材料含碳纖維20％，石墨粉15％，丁腈橡膠10％，銅粉5％，鋼纖維10％，礦物纖維5％，酚醛樹脂25％，混合均勻后將混合料填充在制備滑板的模具中，混合料厚度約3mm，然后鋪一層約1mm厚的銅網(wǎng)，共相間分布約30層。在100MPa壓力、160℃下熱壓30分鐘，制成的碳纖維復(fù)合材料滑板在100℃下后處理30分鐘。該滑板密度2.04g.cm-3，電阻率3.4×10-6Ω.m，沖擊強(qiáng)度30.2KJ.m-2，彎曲強(qiáng)度150MPa，可見該滑板具有密度低、電阻率較小、抗沖擊等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)臺(tái)架試驗(yàn)表明，該滑板各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)良，滿足現(xiàn)代鐵路電力機(jī)車用受電弓滑板的要求。
實(shí)施例2碳纖維復(fù)合材料含碳纖維25％，石墨粉10％，丁腈橡膠8％，銅粉5％，鋼纖維12％，礦物纖維5％，酚醛樹脂25％，用無水乙醇將上述混合料調(diào)成糊狀，充分?jǐn)嚢杈鶆?。然后倒入不銹鋼托盤中，放入烘箱，在80℃下烘干1小時(shí)，將烘干后的混合料填充在制備滑板的模具中，混合料厚度約4mm，然后鋪一層約1mm厚的銅網(wǎng)，共相間分布約25層。在100MPa壓力、160℃下熱壓30分鐘，制成的碳纖維復(fù)合材料滑板在100℃下后處理30分鐘。該滑板密度2.05g.cm-3，電阻率3.8×10-6Ω.m，沖擊強(qiáng)度28.6KJ.m-2，彎曲強(qiáng)度130MPa。經(jīng)臺(tái)架試驗(yàn)表明，該滑板各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足現(xiàn)代鐵路電力機(jī)車用受電弓滑板的要求。
權(quán)利要求
1.一種受電弓滑板，其特征是以銅網(wǎng)和碳纖維復(fù)合材料為基材并使之相互層間分布，其中銅網(wǎng)孔直徑0.1～10mm，構(gòu)成銅網(wǎng)的銅纖維直徑0.05～3mm，銅網(wǎng)含量占總質(zhì)量的10～60％，余為碳纖維復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的受電弓滑板，其特征是所述的碳纖維復(fù)合材料是以酚醛樹脂為基體，碳纖維為增強(qiáng)劑，橡膠、石墨、銅粉、金屬纖維、礦物纖維中的至少兩種為添加劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的受電弓滑板，其特征是所述的碳纖維復(fù)合材料中碳纖維長(zhǎng)度小于30mm，各組份的質(zhì)量百分比為碳纖維含量2～30％，樹脂含量15～40％，余為添加劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的受電弓滑板的制備方法，其特征是將碳纖維復(fù)合材料原料充分進(jìn)行濕態(tài)混合或干態(tài)混合，然后將銅網(wǎng)與碳纖維復(fù)合材料原料層間分布達(dá)10～50層，進(jìn)行熱壓成型，熱壓壓力不小于30MPa，保持時(shí)間不小于300秒，熱壓溫度不小于130℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的受電弓滑板的制備方法，其特征是對(duì)熱壓成型制得的受電弓滑板進(jìn)行熱處理，熱處理溫度不低于100℃，熱處理時(shí)間不小于30分鐘。
全文摘要
本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種適于鐵路電力機(jī)車應(yīng)用的具有層狀結(jié)構(gòu)特征的受電弓滑板及其制造方法。該滑板以銅網(wǎng)和碳纖維復(fù)合材料為基材并使之相互層間分布，其中碳纖維復(fù)合材料以酚醛樹脂為基體，短碳纖維作為增強(qiáng)劑，采用濕混或干混方法將原料充分混合，然后與銅網(wǎng)一起進(jìn)行熱壓成型。本發(fā)明制造的碳纖維復(fù)合材料受電弓滑板兼有粉末冶金滑板高力學(xué)性能和碳滑板優(yōu)良的潤(rùn)滑特性以及銅基材料良好的導(dǎo)電性等優(yōu)點(diǎn)，是一種綜合性能優(yōu)良的受電弓滑板。
文檔編號(hào)B60L5/18GK1546337SQ20031011460
公開日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2003年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月16日
發(fā)明者王成國(guó), 朱波, 劉建軍, 崔金祎, 王延相, 張亞平, 王國(guó)勝, 李麟強(qiáng), 蔡華蘇, 孫乃武 申請(qǐng)人:山東大學(xué), 濟(jì)南鐵路局工程機(jī)械廠